LAMPIRAN Panduan Manual Alat Peraga PLTMH Dengan Turbin Pelton
1. Bagian – Bagian Alat
Gambar 1.1 Bagian Alat Keterangan gambar: 1.
Turbin Pelton
2.
Rumah Turbin
3.
Bagian Display
4.
Pompa Air
5.
Sensor Flowmeter
6.
Tampungan Air
7.
Generator
2. Bagian Display
Gambar 2.1 Kondisi OFF Keterangan gambar: 1. Saklar ON/OFF. 2. Pengatur kecepatan pompa air. 3. Saklar hitam (switch keluaran generator), ada 3 kondisi yaitu posisi “0” tanpa beban, posisi “I” untuk beban lampu pijar, dan posisi “II” untuk beban regulator pengisian aki. 4. Display 1, tegangan (VAC) dan arus (A) pompa air. 5. Display 2, debit air (liter/menit). 6. Display 3, tegangan (VDC) dan arus (A) keluaran generator. 7. Display 4, tegangan (VDC) dan arus (A) keluaran regulator. 8. Display 5, tegangan (VDC) dan arus (A) arus beban.
NOTE: Bagian display dapat dibongkar dengan melepas skrup dibagian belakang, untuk melepas penutup tripleknya.
3. Cara kerja a. Pastikan saklar hitam ada pada posisi “0”, dan pengatur kecepatan pompa air pada posisi “max.” lihat gambar 2.1. b. Hidupkan saklar ON/OFF. Semua display akan menyala dengan debit maksimal dan keluaran tegangan dan arus pada generator tanpa beban.
Gambar 3.1 Kondisi ON Display 1 akan menunjukkan tegangan (VAC) dan arus (A) yang dibutuhkan pompa air untuk menghasilkan debit air. Display 2 menunjukkan debit air maksimal 27 liter/menit. Display 3 menunjukkan tegangan (VDC) dan arus (A) dari keluaran generator. Display 4 menunjukkan tegangan (VDC) dan arus (A) dari keluaran regulator. Display 5 menunjukkan tegangan (VDC) dan arus (A) dari keluaran beban lampu pijar.
c. Pindah saklar hitam pada posisi “I” untuk mengetahui tegangan dan arus pada keluaran regulator pengisian aki.
d. Pindah saklar hitam pada posisi “II” untuk mengetahui tegangan dan arus pada beban lampu pijar.
e. Putar potensiometer untuk mengubah kecepatan pompa air untuk mendapatkan hasil yang diingankan (sesuai langkah percobaan praktikum).
f. Ulangi langkah a – e sampai mendapatkan hasil yang diinginkan.
NOTE: Ada sebuah pipa pembuangan dengan sebuah kran, Saat alat akan digunakan pastikan kran pada posisi “OFF” / tertutup (lihat gambar kiri). Saat kran pada posisi “ON” / terbuka berfungsi membuang air pada instalasi pipa atas disaat ingin perawatan / membongkar instalasi pipa dari alat peraga.
Petunjuk Praktikum Energi Baru dan Terbarukan Topik PLTMH Dengan Turbin Pelton
1. Tujuan -
Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja dari PLTMH menggunakan turbin pelton.
-
Mahasiswa dapat menghitung daya teknis PLTMH.
2. Teori Singkat Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan ketinggian jatuhnya air (Head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Perhitunganya teknis daya PLTMH sebagai berikut: P=ρQgH
(2.1)
P = Daya (W) Q = Debit Aliran Air (m3/s) H = Head (m) ρ = massa jenis air (kg/m3)
Gambar 2.1 Turbin Pelton Turbin pelton termasuk dalam turbin impuls yang lebih mengandalkan pada derasnya aliran dan tinggi jatuhnya air saat mengenai turbin. Mempunyai beberapa komponen utama yaitu nozzle yang berfungsi mengarahkan aliran air, sudu turbin yang berfungsi
menangkap aliran air dan juga rumah turbin untuk tempat roda jalan dan penahan air yang keluar dari sudu-sudu turbin.
3. Langkah Praktikum a. Pastikan saklar hitam pada posisi tengah “0”, dan potensiometer pada posisi “max.”. ini merupakan posisi awal yaitu tanpa beban. b. Hidupkan saklar ON/OFF. c. Semua nilai keluaran akan tertampil dalam display LCD dan 7 segment. d. Putar potensiometer untuk medapatkan hasil yang diinginkan (sesuai langkah percobaan). e. Langkah percobaan:
c.1. Pengujian Daya Pompa Air - Pengujian dilakukan dengan cara memutar potensiometer dari posisi maksimal sampai minimal untuk mengetahui range tegangan dan arus yang digunakan oleh pompa air. - Lakukan pengujian untuk percobaan dengan range tegangan maksimal – 200V – 150V -100V – 50V – 0V, catat arus yang ditampilkan pada LCD. Kemudian hitung daya yang digunakan oleh pompa air dengan rumus daya P = V.I. Catat hasilnya dalam bentuk tabel.
c.2. Pengukuran Debit Air - Langkah pengukuran sama dengan pengujian daya pompa air yaitu dengan cara memutar potensiometer dari posisi maksimal sampai minimal dengan range tegangan sama pada percobaan c.1. Pengukuran ini untuk mengetahui resolusi debit air yang dapat dihasilkan oleh alat peraga. - Debit air akan tertampil pada LCD mikrokontroler dalam liter/menit. Satuan ini harus diubah dahulu ke m3/s yaitu dengan cara mengubah liter ke m3 yaitu dikali 10-3. Kemudian dibagi dengan 60 agar menit menjadi detik (s). 1 liter/menit = 1*10 -3 m3/s 60 - Lakukan pengukuruan dan catat hasilnya pada tabel dengan range mengikuti percobaan c.1.
c.3. Pengukuran Head Tinggi Air - Diketahui diameter nozzle adalah sebesar 8 mm. - Pengukuran ini dilakukan setelah mendapatkan hasil dari percobaan c.2. dan bertujuan untuk mengetahui Head dari PLTMH, yang sebenarnya dalam aplikasi realnya dapat di ukur dari beda ketinggian antara dum air sampai nozzle. - Dengan menggunakan rumus debit aliran (Q) yaitu jumlah volume aliran per satuan waktu. Q = A.v
(3.1)
Dimana : v = Kecepatan aliran (m/s) A = Luas penampang pipa (m) Q = Debit aliran (m³/s) Selain persamaan di atas dapat juga menggunakan persamaaan sebagai berikut: Q = V/t
(3.2)
Dimana : V = Volume aliran (m3) Q = Debit aliran (m³/s) t = waktu aliran (s)
Untuk mengetahui Head yang ada pada perancangan PLTMH dapat menggunakan rumus (2.3). Rumus ini merupakan penerapan dari hukum bernoulli untuk menghitung kecepatan zat cair yang keluar dari dasar sebuah wadah seperti ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kecepatan Zat Cair Yang Keluar Dari Dasar Sebuah Wadah
Kita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan wadah) dan titik 2 (permukaan lubang). Karena diameter lubang pada dasar wadah jauh lebih kecil dari diameter wadah, maka kecepatan zat cair di permukaan wadah dianggap nol (v1 = 0). Permukaan wadah dan permukaan lubang terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir (P1 = P2). Dengan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah:
Massa jenis zat cair (air) sama, maka kita sederhanakan.
v = √(2gH)
(3.3)
Dimana : H = Head (m) g = percepatan gaya gravitasi (m2/s)
-
Catat hasil perhitungan Head pada tabel.
-
Berikan satu contoh perhitungan Head. Setelah mendapatkan Head maka kita dapat menghitung daya teknis PLTMH yang ada pada alat peraga ini. Rumus 2.1. c.4. Pengukuran Daya Output Generator - Pengujian dilakukan masih mengacu pada range percobaan c.1. yaitu dengan memutar potensiometer dari maksimal sampai minimal dengan range tegangan pompa air maksimal – 200V – 150V – 100V – 50V – 0V - Dilakukan 3 kali, saat tanpa beban, beban regulator dan beban lampu pijar. Yang berarti akan ada 3 tabel dalam pengukuran daya output generator.
- Pertama yaitu saat tanpa beban, kondisikan saklar hitam pada posisi “0”, catat hasilnya yang tertampil pada display 7 segment untuk output generator. Kemudian hitung dayanya. - Kedua dengan beban regulator untuk pengisian aki, kondisikan saklar hitam pada posisi “I”, catat hasilnya yang tertampil pada display 7 segment untuk output generator. Kemudian hitung dayanya. - Ketiga dengan beban lampu pijar, kondisikan saklar hitam pada posisi “II”, catat hasilnya yang tertampil pada display 7 segment untuk output generator. Kemudian hitung dayanya.
c.5. Penghitungan Efisiensi Sistem - Penghitungan ini bertujuan untuk melihat efisiensi dari alat peraga, Yang dimaksudkan efisiensi sistem disini adalah efisiensi dari turbin pelton dengan cara membandingkan daya teknis PLTMH yang keluar dari nozzle dengan daya yang keluar dari generator. Pout Generator * 100%. Daya Teknis PLTMH - Tuliskan hasilnya pada tabel.
Hasil Praktikum
Percobaan c.1. Pengujian Daya Pompa Air Tegangan (VAC)
Arus (A)
Daya (W)
Maksimal (224)
1.4
313.6
200
1.2
240
150
1.1
165
100
1.3
130
50
0.8
40
0
0
0
Percobaan c.2. Pengukuran Debit Air Gunakan rumus pada percobaan c.2 untuk mengubah satuan liter/menit menjadi m3/s 1 liter/menit = 1*10 -3 m3/s 60
Tegangan (VAC)
Debit Air (liter/menit)
Maksimal (224)
27
Debit Air (*10-3 m3/s) 0.45
200
27
0.45
150
26
0.43
100
20
0.33
50
0
0
0
0
0
Percobaan c.3. Pengukuran Head Tinggi Air Kita pakai debit maksimal 27 liter/menit dan kita ubah dulu ke dalam satuan internasional debit air (Q) m3/s dengan cara seperti berikut: Dari persamaan 1 liter = 1 dm3 = 10 −3 m3. 27 liter/menit = 27 x 10-3 m3/menit 1 menit dibagi 60 agar menjadi detik (s), maka debit air (Q) menjadi 0.45 x 10 -3 m3/s.
Setelah diubah langkah selanjutnya adalah mencari kecepatan aliran, dari persamaan (2.1) diketahui : diameter nozzle adalah 8 mm = 8 x 10-3 m, maka didapat : Q = A.v =
.v
0.45 x 10 -3 = 22/7 * (4 x 10 -3)2 * v 0.45 x 10 -3 / 5.03 x 10-5 = v v = 8.95 m/s Terakhir adalah mencari Head yang ada pada nozzle. Dari persamaan (2.3) maka akan didapatkan: v = √(2gH) 8.95 = √(2gH) 8.95 2 / 2 = 10 H 40.05 = 10 H 4=H
Head = 4 m
Maka akan diketahui daya PLTMH yang dihasilkan dari semburan nozzle adalah sebesar : P=ρQgH P = 1000 * 0.45 x 10 -3 * 10 * 4 P = 18 W
Debit Air (*10-3 m3/s) 0.45
Head (m) 4
Daya PLTMH (W) 18
v (m/s) 8.95
0.45
4
18
8.95
0.43
3.65
15.7
8.54
0.33
2.15
7.095
6.56
Percobaan c.4. Pengukuran Daya Output Generator
Tegangan
Tanpa Beban
Beban Regulator
Beban Lampu Pijar
Tegangan
Arus
Tegangan
(VDC)
(A)
(VDC)
Maksimal (224)
41.1
0
15.5
0.37
31.2
0.16
200
40.7
0
15.6
0.35
30.8
0.16
150
39.0
0
15.7
0.32
28.8
0.15
100
29.2
0
15.3
0.15
19.6
0.13
50
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
(VAC)
Arus (A)
Tegangan (VDC)
Arus (A)
Percobaan c.5. Penghitungan Efisiensi Sistem Yang dimaksudkan efisiensi sistem disini adalah efisiensi dari turbin pelton dengan cara membandingkan daya teknis PLTMH yang keluar dari nozzle dengan daya yang keluar dari generator.
Pout Generator
* 100%.
Daya Teknis PLTMH
Tegangan
Tanpa
(VAC)
Beban
Maksimal (224)
Beban Regulator
Beban Lampu Pijar
0
31.86 %
27.73 %
200
0
30.33 %
27.38 %
150
0
32 %
27.52 %
100
0
32.35 %
35.91 %
50
0
0
0
0
0
0
0
